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【第十七届原创】【金秋计划】高强钢在纤维增强金属层板中的微观观测形貌分析

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2024/09/03

物性测试综合讨论

引言

高强钢因其卓越的机械性能，已广泛应用于航空、汽车等领域。高强钢的使用可以大幅提高结构的强度和抗疲劳性能，同时还能有效减轻重量。在纤维增强金属层板（Fiber Metal Laminates, FMLs）中，结合高强钢的性能与纤维增强材料的特性，形成了一种性能优异的复合材料。本文通过扫描电子显微镜（SEM）对高强钢在FMLs中的微观观测形貌进行分析。

试样制备

为了观测高强钢在纤维增强金属层板中的微观形貌，需要对试样进行特殊的化学处理。具体步骤如下：
1. 使用机械抛光对高强钢表面进行初步处理，去除表面氧化层。
2. 将试样放入由5%硝酸和95%乙醇组成的溶液中进行腐蚀处理，时间控制在30秒以内。
3. 使用无水乙醇清洗试样表面，并使用吹风设备进行快速干燥，以防止腐蚀反应过度。
4. 进行喷金处理，以提高试样的导电性，便于后续的扫描电子显微镜观测。

测试方法

使用JSM-IT210扫描电子显微镜（SEM）对高强钢样品进行微观形貌分析。设备的最大放大倍数为300000X，真空度控制在10-650Pa之间。

测试结果与讨论

下图展示了经过SEM分析后的高强钢微观断口形貌。从图中可以观察到，高强钢的断口处显示了明显的韧窝结构，这表明材料在断裂过程中发生了塑性变形。此外，断口处还显示出一定的晶界脱粘现象，这可能是由于拉伸应力集中在晶界处导致的。

图1. 高强钢微观断口形貌示意图

结论

通过对高强钢在纤维增强金属层板中的微观观测形貌进行分析，发现高强钢在复合材料中的断裂主要表现为韧性断裂。这表明，在实际应用中，高强钢能够有效提升复合材料的抗疲劳性能。然而，晶界脱粘现象的存在可能会在高应力条件下降低材料的整体强度，需要在设计和应用中予以考虑。

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